1ª aula Soluções aquosas e equilibrios químicos

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Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Química Geral II 
2015.2 
Prof. Herbert Barbosa 
Classificação de Soluções de Eletrólitos 
Eletrólitos fortes – 100% dissociados 
NaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq) 
H2O 
Eletrólitos fracos – não estão completamente dissociados 
CH3COOH CH3COO
- (aq) + H+ (aq) 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Ácidos e Bases 
A Brønsted acid is a proton donor 
A Brønsted base is a proton acceptor 
acid base acid base 
acid 
conjugate 
base 
base 
conjugate 
acid 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Espécies anfipróticas 
• Espécies que possuem ambas as propriedades ácidas e básicas; 
• Exemplo: H2PO4
- ; aminoácidos; água 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Autoprotólise 
• Os solventes anfipróticos sofrem auto-ionização, ou autoprotólise, 
para formar um par de espécies iônicas 
H2O (l) H
+ (aq) + OH- (aq) 
O 
H 
H + O 
H 
H O 
H 
H H O H 
- + 
[ ] + 
acid 
conjugate 
base 
base 
conjugate 
acid 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Força de ácidos e bases 
Ácidos fortes são eletrólitos fortes 
HCl (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + Cl- (aq) 
HNO3 (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + NO3
- (aq) 
HClO4 (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + ClO4
- (aq) 
H2SO4 (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + HSO4
- (aq) 
HF (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + F- (aq) 
Ácidos fracos são eletrólitos fracos 
HNO2 (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + NO2
- (aq) 
HSO4
- (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + SO4
2- (aq) 
H2O (l) + H2O (l) H3O
+ (aq) + OH- (aq) 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Força de ácidos e bases 
Bases fortes são eletrólitos fortes 
NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq) 
H2O 
KOH (s) K+ (aq) + OH- (aq) 
H2O 
Ba(OH)2 (s) Ba
2+ (aq) + 2OH- (aq) 
H2O 
F- (aq) + H2O (l) OH
- (aq) + HF (aq) 
Bases fracas são eletrólitos fracos 
NO2
- (aq) + H2O (l) OH
- (aq) + HNO2 (aq) 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
 Solvente diferenciador: ácidos se dissociam em níveis diferentes 
e têm forças diferentes. 
 Solvente nivelador: ácidos dissociam-se completamente e 
exibem a mesma força. 
Força de ácidos e bases 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Equilíbrio é um estado no qual não há alterações observáveis 
ao longo do tempo. 
Equilíbrio Químico é obtido quando: 
• as velocidades das reações direta e inversa forem iguais e 
• as concentrações dos reagentes e produtos permanecem 
constante 
O estado de equilíbrio 
• Then, system continually exchanges 
products and reactants, while 
maintaining equilibrium distribution. 
• First, system reaches equilibrium; 
Reactants Product 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
O estado de equilíbrio 
Se um fator externo é aplicado a um sistema em equilíbrio, o 
sistema se ajusta, de tal maneira que o fator é parcialmente 
compensado até o sistema atingir uma nova posição de equilíbrio. 
Le Châtelier’s Principle 
• Mudança na concentração: 
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 
Adição 
NH3 
Equilibrio 
desloca-se 
para a 
esquerda 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
N2O4 (g) 2NO2 (g) 
= 4.63 x 10-3 K = 
[NO2]
2 
[N2O4] 
aA + bB cC + dD 
K = 
[C]c[D]d 
[A]a[B]b 
Law of Mass Action 
O estado de equilíbrio 
K >> 1 
K << 1 
Lie to the right Favor products 
Lie to the left Favor reactants 
Equilibrium Will 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Expressões da constante de equilíbrio 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Expressões da constante de equilíbrio 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
H2O (l) H
+ (aq) + OH- (aq) Kc = 
[H+][OH-] 
[H2O] 
[H2O] = constant 
Kc[H2O] = Kw = [H
+][OH-] 
The ion-product constant (Kw) is the product of the molar 
concentrations of H+ and OH- ions at a particular temperature. 
At 250C 
Kw = [H
+][OH-] = 1.0 x 10-14 
[H+] = [OH-] 
[H+] > [OH-] 
[H+] < [OH-] 
Solution Is 
neutral 
acidic 
basic 
Produto iônico da água 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Constante de solubilidade 
AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) 
Ksp = [Ag
+][Cl-] Ksp is the solubility product constant 
MgF2 (s) Mg
2+ (aq) + 2F- (aq) Ksp = [Mg
2+][F-]2 
Ag2CO3 (s) 2Ag
+ (aq) + CO3
2- (aq) Ksp = [Ag
+]2[CO3
2-] 
Ca3(PO4)2 (s) 3Ca
2+ (aq) + 2PO4
3- (aq) Ksp = [Ca
2+]3[PO4
3-]2 
Dissolution of an ionic solid in aqueous solution: 
Q = Ksp Saturated solution 
Q < Ksp Unsaturated solution No precipitate 
Q > Ksp Supersaturated solution Precipitate will form 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Constante de solubilidade 
 Calcular a solubilidade molar do Ag2CO3 (Kps = 8,1 x 10
-12) 
Ag2CO3 (s) 2Ag
+ (aq) + CO3
2- (aq) 
Ksp = [Ag
+]2[CO3
2-] 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
O Efeito de um Íon Comum na Solubilidade de um Precipitado 
Constante de solubilidade 
 O efeito do íon comum é responsável pela redução da solubilidade de um 
precipitado iônico quando um composto solúvel contendo um dos dois íons do 
precipitado é adicionado à solução que está em equilíbrio com o precipitado. 
A yellow solid, lead(II) iodide (PbI2), precipitates when 
a colorless solution of lead nitrate (Pb(NO3)2) is added 
to a colorless solution of potassium iodide (KI). 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
O Efeito de um Íon Comum na Solubilidade de um Precipitado 
Constante de solubilidade 
 Calcule a solubilidade do cloreto de prata (em g/L) em uma solução de 
nitrato de prata 6.5 x 10-3 M. 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Constante de dissociação ácido-base 
 Quando um ácido fraco ou uma base fraca se dissolve em água, ocorre 
uma dissociação parcial. 
HA (aq) + H2O (l) H3O
+ (aq) + A- (aq) 
HA (aq) H+ (aq) + A- (aq) 
Ka = 
[H+][A-] 
[HA] 
Ka is the acid ionization constant 
Ka 
weak acid 
strength 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Constante de dissociação ácido-base 
 Quando um ácido fraco ou uma base fraca se dissolve em água, ocorre 
uma dissociação parcial. 
NH3 (aq) + H2O (l) NH4
+ (aq) + OH- (aq) 
Kb = 
[NH4
+][OH-] 
[NH3] 
Kb is the base ionization constant 
Kb 
weak base 
strength 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
HA (aq) H+ (aq) + A- (aq) 
A- (aq) + H2O (l) OH
- (aq) + HA (aq) 
Ka 
Kb 
H2O (l) H
+ (aq) + OH- (aq) Kw 
KaKb = Kw 
Weak Acid and Its Conjugate Base 
Ka = 
Kw 
Kb 
Kb = 
Kw 
Ka 
Constante de dissociação ácido-base para pares conjugados 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Soluções-tampão 
 Um tampão é uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou 
uma base fraca e seu ácido conjugado, que resiste a variações no pH 
The presence of a common ion suppresses the ionization of 
a weak acid or a weak base. 
Consider mixture of CH3COONa (strong electrolyte) and 
CH3COOH (weak acid). 
CH3COONa (s) Na
+ (aq) + CH3COO
- (aq) 
CH3COOH (aq) H
+ (aq) + CH3COO
- (aq) 
common 
ion 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Consider mixture of salt NaA and weak acid HA. 
HA (aq) H+ (aq) + A- (aq) 
NaA (s) Na+ (aq) + A- (aq) Ka = 
[H+][A-] 
[HA] 
[H+] = 
Ka [HA] 
[A-] 
-log [H+] = -log Ka - log 
[HA] 
[A-] 
-log [H+] = -log Ka + log 
[A-] 
[HA] 
pH = pKa + log 
[A-] 
[HA] 
pKa= -log Ka 
Henderson-Hasselbalch 
equation 
pH = pKa + log 
[conjugate base] 
[acid] 
Soluções-tampão 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Soluções-tampão 
(a) Calculate the pH of a buffer system containing 1.0 M CH3COOH and 1.0 M 
CH3COONa. 
 
(b) What is the pH of the buffer system after the addition of 0.10 mole of gaseous HCl 
to 1.0 L of the solution? Assume that the volume of the solution does not change 
when the HCl is added. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Soluções-tampão 
O Efeito da Diluição 
O efeito da diluição sobre o pH de soluções 
tamponadas e não tamponadas. A constante de 
dissociação para HA é 1,00 x 10-4; A 
concentração inicial dos solutos é 1,00 mol L-1. 
Tampões não mantêm o pH a um 
valor absolutamente constante, mas 
as variações no pH são 
relativamente pequenas quando 
quantidades pequenas de ácidos ou 
bases são adicionadas a eles 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
A Composição de Soluções Tampão em Função do pH: 
Coeficientes Alfa 
Soluções-tampão 
Variação de a com o pH. Observe que a maior parte da transição 
entre a0 e a1 ocorre entre ±1 unidade de pH do ponto de interseção das duas 
curvas. O ponto de interseção onde a0 = a1 = 0,5 ocorre quando o 
pH = pKHOAc 4,74. 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
Soluções-tampão 
Capacidade Tamponante 
A capacidade tamponante (b) de um tampão é o número de mols do 
ácido forte, ou da base forte, que 1 L do tampão pode absorver sem 
variar o pH de mais de 1 unidade. 
Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 
 
 
 
Describe how you would prepare a “phosphate buffer” with a pH of about 7.40. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Soluções-tampão